第六章（矿井瓦斯4）.ppt

1、煤层厚度变化2、地质构造3、岩浆侵入煤层4、岩溶陷落柱5、矿井瓦斯6、煤层顶底板7、地温8、地应力,内容提要,第六章影响煤矿生产的主要地质因素,第五节矿井瓦斯,瓦斯：是指在煤矿生产过程中，从煤和围岩中释放出来的一种多成分的混合气体(CH4、N2、CO2、C2H6、SO2、H2S、CO等)。性质：瓦斯中甲烷（CH4）占绝大多数。瓦斯又称沼气，为无色、无味、无毒，可以燃烧和爆炸的气体。比重为0.554，比空气轻，聚集在巷道上部。矿井瓦斯、煤成气、煤层气,第六章影响煤矿生产的主要地质因素,一、有关瓦斯的概念和性质,第五节矿井瓦斯,二、矿井瓦斯的形成及分带,1、瓦斯的赋存状态1）游离(自由）状态瓦斯：以气体分子自由运动于煤层孔隙和裂隙中的瓦斯（取决孔隙率、温度、压力等）；2）吸附状态瓦斯：吸附在煤基颗粒表面的瓦斯，它往往形成一层薄膜（70%-95%）；3）溶解状态瓦斯：溶解于煤层水中的瓦斯（微量）。,瓦斯的吸附和解析,第六章影响煤矿生产的主要地质因素,2、瓦斯的成因瓦斯的形成和煤的形成是同步的，而且贯穿整个成煤过程的始终，但瓦斯大量生成并保存下来，是在煤的变质作用阶段。1）生物化学作用阶段植物成煤第一阶段有机质分解形成瓦斯，此阶段形成瓦斯是大量的，但保存很少，因为此时成煤物质多暴露在地表或埋藏很浅，绝大多数瓦斯都逸散到大气中。2）变质作用阶段成煤的第二阶段过程中，煤炭物质产生热解，发生一系列变化同时产生大量瓦斯。该阶段形成的瓦斯，由于在地下深处，不易扩散，煤矿生产中所揭露的瓦斯绝大部分是这阶段形成。3）油气田瓦斯侵入来源于周围的含油层,第五节矿井瓦斯,二、矿井瓦斯的形成及分带,第六章影响煤矿生产的主要地质因素,第五节矿井瓦斯,二、矿井瓦斯的形成及分带,3、瓦斯的分带矿井瓦斯具有分带现象，自上而下按瓦斯成分分为（1）氮气二氧化碳带，二氧化碳大于20；（2）氮气带，氮气大于80、甲烷小于20；（3）氮气甲烷带，甲烷为2080；（4）甲烷带，甲烷含量大于80，氮气小于20。前三个带统称为瓦斯风化带。其深度差别很大，决定于空气透入条件，上部煤岩层风氧化情况及地下水活动强弱程度。风化带下，瓦斯含量、压力、涌出量与煤层埋藏深度呈正线性关系（？）。,第六章影响煤矿生产的主要地质因素,煤层瓦斯含量：单位体积或重量的煤体内，在自然条件下含瓦斯的体积，单位m3/t、m3/m3、cm3/g，它应包括吸附、游离和溶解瓦斯。,第六章影响煤矿生产的主要地质因素,三、瓦斯含量的研究,第五节矿井瓦斯,第六章影响煤矿生产的主要地质因素,三、瓦斯含量的研究,1、影响瓦斯含量的地质因素：,第五节矿井瓦斯,（1）煤的变质程度,（2）围岩和煤层的渗透性,地质构造对瓦斯的聚积和排放具有双重作用：张性断裂有利于瓦斯排放，压性断裂有利于瓦斯聚积。在煤层顶板岩性致密，透气性差的条件下，在未受断裂破坏和严重剥蚀的褶皱地区，一般在背斜轴部瓦斯含量大，向斜槽部小，当顶板为脆性岩层时，则相反。渗透性好，有利用于瓦斯的运移和排放，煤层瓦斯含量较小，瓦斯分布较均一；透气性差，不利于瓦斯的运移和排放，有利其保存，瓦斯含量较大。变质程度越高，产气数量越多，瓦斯含量越大。变质程度不同的煤，空隙率不同，吸附能力差异较大。,（4）地下水活动：地下水活动区域有利于瓦斯的排放。（5）煤田的暴露程度：暴露式煤田有利于瓦斯排放，隐伏式煤田有利于其聚积。（6）煤层埋藏深度（瓦斯梯度的概念）,瓦斯梯度：矿井瓦斯相对涌出量每增加1m3/t时所增加的深度；瓦斯含量梯度：同一矿井内瓦斯含量每增加1m3/t时所增加的深度；瓦斯压力梯度：矿井瓦斯压力每增加0.1MPa时所增加的深度；,第六章影响煤矿生产的主要地质因素,三、瓦斯含量的研究,1、影响瓦斯含量的地质因素：,第五节矿井瓦斯,1）直接测定法：（1）密封式：利用密封式煤芯采取器上、下端的活门，将未脱气的煤样在钻孔底部密封，送化验室测定煤样中的瓦斯体积，算出瓦斯含量。（2）集气式：利用集气式煤芯采取器上部的集气室，收集钻进和提钻过程中从煤芯泄出的瓦斯，算出煤的瓦斯含量。（3）气测井法：利用气测井仪器测定钻孔冲洗液中溶解的瓦斯量，煤芯和钻屑中残留的瓦斯量，算出总瓦斯量，除以钻进切除的煤量，即可得到煤的瓦斯含量。2）间接测定法：现场实测瓦斯压力，实验室测定煤样的吸附常数和煤质参数，用公式算出瓦斯含量。,三、瓦斯含量的研究,2、煤层瓦斯含量的测定：,第五节矿井瓦斯,第六章影响煤矿生产的主要地质因素,朗缪尔（Langmuir）方程：式中V吸附量，m3/t（可燃基）；VL兰氏体积，m3/t（可燃基）；PL兰氏压力，MPa；P储层压力，MPa,2）间接测定法：,煤兰氏体积(VL):等温吸附实验加压过程中，煤样所能饱和吸附甲烷的数量。,煤兰氏压力(PL):等温吸附实验加压过程中，煤样的甲烷吸附量达到饱和吸附量一半时的压力。,3、瓦斯含量预测图的编制1）底图：煤层底板等高线图2）编制资料：取样成果资料3）编图步骤：填绘取样点，并着色；注明瓦斯含量和距地表深度；勾绘瓦斯含量等值线。,三、瓦斯含量的研究,第五节矿井瓦斯,第六章影响煤矿生产的主要地质因素,四、矿井瓦斯涌出量及矿井瓦斯等级,第六章影响煤矿生产的主要地质因素,第五节矿井瓦斯,1、矿井瓦斯涌出现象,（1）普通涌出（2）特殊涌出:分为瓦斯喷出和煤（岩）与瓦斯突出两类。,煤矿开采过程中，由受采动影响的煤层、岩层，以及由采落的煤、矸石向井下空间放出瓦斯的现象称为瓦斯涌出。瓦斯从煤岩层的孔隙和裂隙中长期缓慢逸出的现象称为普通涌出。首先涌出的是游离瓦斯，然后是吸附瓦斯，其为矿井瓦斯放出的主要形式。,煤（岩）与瓦斯突出:采掘过程中，在地应力和瓦斯的共同作用下，破碎的煤、岩、瓦斯由煤体或岩体内突然向采掘空间抛出的异常动力现象。常伴有强烈的响声，是冲击力很大的一种冲击地压现象。瓦斯喷出：大量承压瓦斯从煤体或岩体裂隙中大量异常涌出的现象，常伴有咝咝的响声，但不产生煤与岩石抛出的动力现象。,（1）绝对瓦斯涌出量指矿井在单位时间内涌出的瓦斯量，单位用m3/d或m3/min表示。（2）相对瓦斯涌出量指矿井在正常生产情况下，平均每产1t煤所涌出的瓦斯量，单位用m3/t表示。（注意与瓦斯含量的区别）,第六章影响煤矿生产的主要地质因素,四、矿井瓦斯涌出量及矿井瓦斯等级,2、矿井瓦斯涌出量,矿井生产过程中实际涌入采掘空间的瓦斯数量:,第五节矿井瓦斯,四、矿井瓦斯涌出量及矿井瓦斯等级,瓦斯矿井等级是根据矿井的相对瓦斯涌出量、绝对瓦斯涌出量和涌出形式划分：低瓦斯矿井，相对瓦斯涌出量小于10m3/t且绝对瓦斯涌出量小于或等于40m3/min；高瓦斯矿井，相对瓦斯涌出量大于10m3/t或绝对瓦斯涌出量大于40m3/min；煤（岩）与瓦斯（co2）突出矿井，在采掘过程中只要发生过一次煤（岩）与瓦斯（co2）突出（简称突出）的矿井。,第六章影响煤矿生产的主要地质因素,3、矿井瓦斯等级,第五节矿井瓦斯,五、防治煤（岩）与瓦斯突出的地质工作,（1）煤层的埋藏深度深部地层静压力增大（2）地质构造和地应力地质构造带应力集中（3）煤层厚度变化厚的软煤分层中瓦斯含量和压力大（4）煤的物理力学性质弹性应变高、孔隙多、透气性低、构造煤、显微结构有大量空洞（突出危险煤层特点）（5）煤变质程度高变质的瓦斯含量和瓦斯压力都大于低变质煤（6）地下水活动涌水量大的矿井较水量小的矿井突出的危险性小,第六章影响煤矿生产的主要地质因素,1、煤（岩）与瓦斯突出的地质因素分析,第五节矿井瓦斯,（1）作好突出点的地质编录（2）编制突出点分布图（反映强度、瓦斯含量和压力）（3）收集瓦斯地质预报资料（可能突出的构造位置）（4）分析瓦斯突出与地质条件的关系（标志、预兆）（5）编制瓦斯突出预测图,第六章影响煤矿生产的主要地质因素,五、防治煤（岩）与瓦斯突出的地质工作,2、防突的地质工作,第五节矿井瓦斯,第六章影响煤矿生产的主要地质因素,小节,1、矿井瓦斯的概念和性质,2、矿井瓦斯的形成和分带,（1）赋存状态（2）成因（3）瓦斯的分带,3、瓦斯含量的研究,（1）概念（2）影响瓦斯含量的地质因素（3）瓦斯含量的测定（直接和间接）,（4）瓦斯含量预测图编制,瓦斯梯度、瓦斯含量梯度、瓦斯压力梯度,第五节矿井瓦斯,第六章影响煤矿生产的主要地质因素,小节,（1）涌出现象,普通涌出特殊涌出（瓦斯喷出和煤（岩）瓦斯突出）,4、矿井瓦斯涌出量级矿井瓦斯等级,（2）矿井瓦斯涌出量,绝对涌出量相对涌出量,第五节矿井瓦斯,（3）矿井瓦斯等级,5、防治煤（）与瓦斯突出的地质工作,（1）突出的地质因素分析（2）防突的地质工作,1、影响煤矿生产的主要地质因素有哪些？2、煤层厚度变化对煤矿生产的影响主要表现在以下四个方面？3、矿井地质构造划分依据有哪些？4、矿井断层的定量分类方案？5、巷